מאמר מרכזי: עיקרון Le Chatelier-Brown
מיקומו של שיווי משקל כימי תלוי בפרמטרי התגובה הבאים: טמפרטורה, לחץ וריכוז. ההשפעה שיש לגורמים אלו על תגובה כימית מצייתת לדפוס שהתבטא בו השקפה כלליתבשנת 1885 על ידי המדען הצרפתי Le Chatelier.
גורמים המשפיעים על שיווי משקל כימי:
1) טמפרטורה
ככל שהטמפרטורה עולה, שיווי המשקל הכימי עובר לכיוון תגובה אנדותרמית (ספיגה), וככל שהיא יורדת, לכיוון תגובה אקסותרמית (בידוד).
CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←
נ 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →
2) לחץ
כאשר הלחץ עולה, שיווי המשקל הכימי עובר לכיוון נפח קטן יותר של חומרים, וכשהוא יורד, לכיוון נפח גדול יותר. עיקרון זה חל רק על גזים, כלומר. אם מוצקים מעורבים בתגובה, הם לא נלקחים בחשבון.
CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →
1מול=1מול+1מול
3) ריכוז חומרי מוצא ומוצרי תגובה
עם עלייה בריכוז של אחד מחומרי המוצא, שיווי המשקל הכימי עובר לכיוון תוצרי התגובה, ועם עלייה בריכוז תוצרי התגובה, לכיוון חומרי המוצא.
ס 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←
זרזים אינם משפיעים על שינוי שיווי המשקל הכימי!
מאפיינים כמותיים בסיסיים של שיווי משקל כימי: קבוע שיווי משקל כימי, דרגת המרה, דרגת ניתוק, תפוקת שיווי משקל. הסבר את המשמעות של כמויות אלה בדוגמה של תגובות כימיות ספציפיות.
בתרמודינמיקה כימית, חוק פעולת המסה מתייחס לפעילויות שיווי המשקל של החומרים ההתחלתיים ותוצרי התגובה, על פי הקשר:
פעילות חומרים. במקום פעילות ניתן להשתמש בריכוז (לתגובה בתמיסה אידיאלית), בלחצים חלקיים (תגובה בתערובת של גזים אידיאליים), בפוגציה (תגובה בתערובת של גזים אמיתיים);
מקדם סטוכיומטרי (עבור חומרים ראשוניים מניחים שהוא שלילי, עבור מוצרים - חיובי);
קבוע שיווי משקל כימי. המדד "a" כאן פירושו השימוש בערך הפעילות בנוסחה.
יעילות התגובה מוערכת בדרך כלל על ידי חישוב התשואה של תוצר התגובה (סעיף 5.11). עם זאת, אתה יכול גם להעריך את יעילות התגובה על ידי קביעה איזה חלק מהחומר החשוב ביותר (בדרך כלל היקר ביותר) הפך לתוצר התגובה היעד, למשל, איזה חלק של SO 2 הפך ל-SO 3 במהלך הייצור של גופרית. חומצה, כלומר למצוא דרגת המרהחומר מקורי.
תן סכמה קצרה של התגובה המתמשכת
ואז מידת ההמרה של חומר A לחומר B (A) נקבעת על ידי המשוואה הבאה
איפה נ proreag (A) היא כמות החומר של מגיב A שהגיב ליצירת מוצר B, ו נראשוני (A) - הכמות הראשונית של החומר של מגיב A. 
מטבע הדברים, מידת ההמרה יכולה להתבטא לא רק במונחים של כמות החומר, אלא גם במונחים של כל כמויות פרופורציונליות לו: מספר המולקולות (יחידות נוסחה), מסה, נפח.
אם מגיב A נלקח במחסור וניתן להזניח את אובדן מוצר B, אזי מידת ההמרה של מגיב A שווה בדרך כלל לתשואה של מוצר B
יוצא מן הכלל הוא תגובות שבהן חומר המוצא נצרך כמובן ליצירת מספר מוצרים. כך, למשל, בתגובה
Cl 2 + 2KOH \u003d KCl + KClO + H 2 O
כלור (ריאגנט) הופך באותה מידה לאשלגן כלורי ואשלגן היפוכלוריט. בתגובה זו, גם עם 100% תשואה של KClO, מידת ההמרה של כלור לתוכו היא 50%.
ידוע לך - מידת הפרוטוליזה (סעיף 12.4) - מקרה מיוחדמידת השינוי:
במסגרת TED נקראות כמויות דומות מידת הדיסוציאציהחומצות או בסיסים (המכונה גם מידת הפרוטוליזה). מידת הדיסוציאציה קשורה לקבוע הדיסוציאציה לפי חוק דילול אוסטוולד.
במסגרת אותה תיאוריה, שיווי המשקל של ההידרוליזה מאופיין ב דרגת הידרוליזה (ח), תוך שימוש בביטויים הבאים המתייחסים אליו לריכוז הראשוני של החומר ( עם) וקבועי דיסוציאציה של חומצות חלשות (K HA) ובסיסים חלשים שנוצרו במהלך הידרוליזה ( ק MOH):
הביטוי הראשון תקף להידרוליזה של מלח של חומצה חלשה, השני למלח של בסיס חלש, והשלישי למלח של חומצה חלשה ובסיס חלש. כל הביטויים הללו יכולים לשמש רק עבור תמיסות מדוללות עם דרגת הידרוליזה של לא יותר מ-0.05 (5%).
בדרך כלל, תפוקת שיווי המשקל נקבעת על פי קבוע שיווי המשקל הידוע, אליו היא קשורה בכל מקרה מסוים ביחס מסוים.
ניתן לשנות את התפוקה של התוצר על ידי הסטת שיווי המשקל של התגובה בתהליכים הפיכים, על ידי השפעת גורמים כמו טמפרטורה, לחץ, ריכוז.
בהתאם לעקרון Le Chatelier, דרגת שיווי המשקל של ההמרה עולה עם הגדלת הלחץ במהלך תגובות פשוטות, בעוד שבמקרים אחרים נפח תערובת התגובה אינו משתנה ותפוקת המוצר אינה תלויה בלחץ.
השפעת הטמפרטורה על תפוקת שיווי המשקל, כמו גם על קבוע שיווי המשקל, נקבעת על ידי סימן ההשפעה התרמית של התגובה.
להערכה מלאה יותר של תהליכים הפיכים, נעשה שימוש במה שנקרא תשואה מהתיאורטי (התשואה משיווי המשקל), השווה ליחס בין התוצר שהושג בפועל w לכמות שהייתה מתקבלת במצב שיווי המשקל.
כימיקל התפרקות תרמית
תגובה של פירוק הפיך של חומר הנגרם על ידי עלייה בטמפרטורה.
עם T.d., כמה (2H2H + OSaO + CO) או חומר אחד פשוט יותר נוצרים מחומר אחד
שיווי משקל וכו' נקבע על פי חוק ההמונים הפועל. זה
ניתן לאפיין או על ידי קבוע שיווי המשקל או על ידי מידת הדיסוציאציה
(היחס בין מספר המולקולות שנרקבו למספר הכולל של מולקולות). IN
ברוב המקרים, T.d. מלווה בספיגת חום (עלייה
אנטלפיה
DN>0); לפיכך, בהתאם לעקרון Le Chatelier-Brown
חימום מעצים אותו, מידת העקירה של T. d. עם הטמפרטורה נקבעת
הערך המוחלט של DN. הלחץ מונע T.d ככל שיותר חזק, כך גדול יותר
שינוי (עלייה) במספר השומות (Di) של חומרים גזים
מידת הדיסוציאציה אינה תלויה בלחץ. אם מוצקים אינם
יוצרים תמיסות מוצקות ואינן במצב מפוזר מאוד,
אז הלחץ T.d נקבע באופן ייחודי על ידי הטמפרטורה. ליישם את T.
ה. חומרים מוצקים (תחמוצות, הידרטים גבישיים וכו')
חשוב לדעת
טמפרטורה, שבה לחץ הדיסוציאציה הופך שווה לזה החיצוני (בפרט,
לחץ אטמוספרי. מאז הגז הבורח יכול להתגבר
לחץ הסביבה, ואז בהגעה לטמפרטורה זו, תהליך הפירוק
מיד מתעצם.
תלות של מידת הדיסוציאציה בטמפרטורה: מידת הניתוק עולה עם עליית הטמפרטורה (עלייה בטמפרטורה מובילה לעלייה באנרגיה הקינטית של חלקיקים מומסים, מה שתורם לדעיכה של מולקולות ליונים) 
מידת ההמרה של חומרי המוצא ותפוקת שיווי המשקל של המוצר. שיטות לחישוב שלהם בטמפרטורה נתונה. אילו נתונים נדרשים לשם כך? תן סכמה לחישוב כל אחד מהמאפיינים הכמותיים הללו של שיווי משקל כימי באמצעות דוגמה שרירותית.
דרגת ההמרה היא כמות המגיב שהגיב הקשורה לכמות ההתחלתית שלו. עבור התגובה הפשוטה ביותר, היכן הריכוז בכניסה לכור או בתחילת התהליך המחזורי, הוא הריכוז במוצא הכור או הרגע הנוכחי של התהליך המחזורי. לתגובה שרירותית, למשל, 
, בהתאם להגדרה, נוסחת החישוב זהה: . אם יש כמה ריאגנטים בתגובה, ניתן לחשב את מידת ההמרה עבור כל אחד מהם, למשל, עבור התגובה 
התלות של מידת ההמרה בזמן התגובה נקבעת על ידי השינוי בריכוז המגיב עם הזמן. ברגע הזמן הראשוני, כששום דבר לא השתנה, מידת הטרנספורמציה שווה לאפס. לאחר מכן, ככל שהמגיב מומר, מידת ההמרה עולה. לתגובה בלתי הפיכה, כאשר שום דבר לא מונע מהריאגנט להתכלה לחלוטין, ערכו נוטה (איור 1) לאחדות (100%). 
איור 1 ככל שקצב צריכת המגיבים גבוה יותר, הנקבע על פי ערך קבוע הקצב, כך עולה מידת ההמרה מהר יותר, כפי שמוצג באיור. אם התגובה היא הפיכה, אז כאשר התגובה נוטה לשיווי משקל, דרגת ההמרה שואפת לערך שיווי משקל, שערכו תלוי ביחס בין קבועי הקצב של התגובות קדימה ואחורה (על קבוע שיווי המשקל) (איור .2). 
איור 2 תשואה של מוצר המטרה תפוקת המוצר היא כמות מוצר המטרה שהושגה בפועל, הקשורה לכמות המוצר הזה שהייתה מתקבלת אילו כל הריאגנט היה עובר למוצר זה (לכמות המקסימלית האפשרית של המוצר המתקבל). או (דרך המגיב): כמות המגיב שהומרה בפועל למוצר היעד, חלקי הכמות הראשונית של המגיב. עבור התגובה הפשוטה ביותר, התשואה היא , ולקחת בחשבון שעבור תגובה זו, 
, כלומר עבור התגובה הפשוטה ביותר, התשואה ומידת ההמרה הן כמות אחת. אם ההתמרה מתרחשת עם שינוי בכמות החומרים, למשל, אזי בהתאם להגדרה יש לכלול את המקדם הסטוכיומטרי בביטוי המחושב. בהתאם להגדרה הראשונה, הכמות הדמיונית של התוצר המתקבלת מכל הכמות הראשונית של המגיב תהיה חצי מהכמות הראשונית של המגיב, כלומר. , ונוסחת החישוב . בהתאם להגדרה השנייה, כמות המגיב המומר בפועל לתוצר המטרה תהיה פי שניים מכמות המוצר הזה שנוצר, כלומר. , ואז נוסחת החישוב . מטבע הדברים, שני הביטויים זהים. לתגובה מורכבת יותר נוסחאות החישוב נכתבות בדיוק באותו אופן בהתאם להגדרה, אך במקרה זה התשואה כבר אינה שווה לדרגת ההמרה. למשל, לתגובה 
. אם יש מספר ריאגנטים בתגובה, ניתן לחשב את התפוקה עבור כל אחד מהם, אם בנוסף יש מספר תוצרי מטרה, אזי ניתן לחשב את התשואה עבור כל תוצר מטרה עבור כל מגיב. כפי שניתן לראות ממבנה נוסחת החישוב (המכנה מכיל ערך קבוע), התלות של התשואה בזמן התגובה נקבעת לפי תלות הזמן של ריכוז תוצר המטרה. אז, למשל, לתגובה 
תלות זו נראית כמו באיור 3. 
איור 3
מידת ההמרה כמאפיין כמותי של שיווי משקל כימי. כיצד תשפיע העלייה בלחץ ובטמפרטורה הכוללת על מידת ההמרה של המגיב... בתגובת גז: ( בהינתן המשוואה)? תנו את הנימוק לתשובה ואת הביטויים המתמטיים המתאימים.
תגובות כימיות הן הפיכות ובלתי הפיכות.
הָהֵן. אם תגובה כלשהי A + B = C + D היא בלתי הפיכה, זה אומר שהתגובה ההפוכה C + D = A + B לא מתרחשת.
כלומר, למשל, אם תגובה מסוימת A + B = C + D היא הפיכה, פירוש הדבר שגם התגובה A + B → C + D (ישירה) והתגובה C + D → A + B (הפוכה) מתנהלות בו זמנית ).
למעשה, כי הן תגובות ישירות והן הפוכות נמשכות, ריאגנטים (חומרי התחלה) במקרה של תגובות הפיכות יכולים להיקרא הן חומרים בצד שמאל של המשוואה והן חומרים בצד ימין של המשוואה. אותו דבר לגבי מוצרים.
עבור כל תגובה הפיכה, יתכן ששיעורי התגובה קדימה ואחורה שווים. מדינה כזו נקראת מצב שיווי משקל.
במצב של שיווי משקל, הריכוזים של כל המגיבים ושל כל התוצרים אינם משתנים. הריכוזים של מוצרים ומגיבים בשיווי משקל נקראים ריכוזי שיווי משקל.
שינוי בשיווי המשקל הכימי בהשפעת גורמים שונים
עקב השפעות חיצוניות כאלה על המערכת כמו שינוי בטמפרטורה, לחץ או ריכוז של חומרים או מוצרים התחלתיים, שיווי המשקל של המערכת עלול להיות מופרע. עם זאת, לאחר הפסקת ההשפעה החיצונית הזו, המערכת תעבור למצב חדש של שיווי משקל לאחר זמן מה. מעבר כזה של מערכת ממצב שיווי משקל אחד למצב שיווי משקל אחר נקרא תזוזה (שינוי) של שיווי משקל כימי .
על מנת להיות מסוגל לקבוע כיצד משתנה שיווי המשקל הכימי עם סוג מסוים של חשיפה, נוח להשתמש בעקרון Le Chatelier:
אם מופעלת השפעה חיצונית כלשהי על מערכת במצב של שיווי משקל, אזי כיוון השינוי בשיווי המשקל הכימי יעלה בקנה אחד עם כיוון התגובה שמחלישה את השפעת הפגיעה.
השפעת הטמפרטורה על מצב שיווי המשקל
כאשר הטמפרטורה משתנה, שיווי המשקל של כל תגובה כימית משתנה. זאת בשל העובדה שלכל תגובה יש השפעה תרמית. במקרה זה, ההשפעות התרמיות של התגובות קדימה ואחורה הן תמיד הפוכות. הָהֵן. אם התגובה הקדמית היא אקסותרמית ומתמשכת עם אפקט תרמי השווה ל-+Q, הרי שהתגובה ההפוכה היא תמיד אנדותרמית ובעלת אפקט תרמי השווה ל-Q.
לפיכך, בהתאם לעיקרון של Le Chatelier, אם נעלה את הטמפרטורה של מערכת כלשהי שנמצאת במצב של שיווי משקל, אז שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה, שבמהלכה הטמפרטורה יורדת, כלומר. לקראת תגובה אנדותרמית. ובדומה לכך, אם נוריד את הטמפרטורה של המערכת במצב של שיווי משקל, שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה, וכתוצאה מכך הטמפרטורה תעלה, כלומר. לקראת תגובה אקזותרמית.
לדוגמה, שקול את התגובה ההפיכה הבאה וציין היכן ישתנה שיווי המשקל שלה ככל שהטמפרטורה יורדת:
כפי שניתן לראות מהמשוואה למעלה, התגובה קדימה היא אקסותרמית, כלומר. כתוצאה מהזרימה שלו, חום משתחרר. לכן, התגובה ההפוכה תהיה אנדותרמית, כלומר היא ממשיכה עם ספיגת החום. לפי התנאי, הטמפרטורה יורדת, לכן שיווי המשקל יעבור ימינה, כלומר. לקראת תגובה ישירה.
השפעת הריכוז על שיווי משקל כימי
עלייה בריכוז הריאגנטים בהתאם לעקרון Le Chatelier אמורה להוביל לשינוי בשיווי המשקל לקראת התגובה שבה צורכים הריאגנטים, כלומר. לקראת תגובה ישירה.
לעומת זאת, אם ריכוז המגיבים יורד, אז שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה שתביא להיווצרות המגיבים, כלומר. הצד של התגובה ההפוכה (←).
שינוי בריכוז תוצרי התגובה משפיע גם הוא בצורה דומה. אם תגבירו את ריכוז המוצרים, שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה, שבעקבותיה המוצרים נצרכים, כלומר. לקראת התגובה ההפוכה (←). אם להיפך, ריכוז התוצרים יורד, אז שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה הישירה (→), על מנת שריכוז התוצרים יגדל.
השפעת הלחץ על שיווי המשקל הכימי
בניגוד לטמפרטורה ולריכוז, שינוי בלחץ אינו משפיע על מצב שיווי המשקל של כל תגובה. כדי ששינוי בלחץ יוביל לשינוי בשיווי המשקל הכימי, סכומי המקדמים מול חומרים גזים בצד שמאל וימין של המשוואה חייבים להיות שונים.
הָהֵן. משתי תגובות:
שינוי בלחץ יכול להשפיע על מצב שיווי המשקל רק במקרה של התגובה השנייה. מכיוון שסכום המקדמים מול הנוסחאות של חומרים גזים במקרה של המשוואה הראשונה משמאל וימין זהה (שווה ל-2), ובמקרה של המשוואה השנייה הוא שונה (4 ב- שמאל ו-2 מימין).
מכאן, במיוחד, נובע שאם אין חומרים גזיים גם בין המגיבים וגם בין התוצרים, אזי שינוי בלחץ לא ישפיע בשום צורה על מצב שיווי המשקל הנוכחי. לדוגמה, לחץ לא ישפיע על מצב שיווי המשקל של התגובה:
אם כמות החומרים הגזים שונה משמאל ומימין, אזי עלייה בלחץ תוביל לשינוי בשיווי המשקל לכיוון התגובה, שבמהלכה נפח הגזים יורד, וירידה בלחץ בכיוון התגובה. תגובה, וכתוצאה מכך נפח הגזים גדל.
השפעת זרז על שיווי משקל כימי
מכיוון שזרז מאיץ באותה מידה הן את התגובות קדימה והן לאחור, נוכחותו או היעדרו לא משפיעלמצב של שיווי משקל.
הדבר היחיד שזרז יכול להשפיע הוא קצב המעבר של המערכת ממצב לא שיווי משקל למצב שיווי משקל.
ההשפעה של כל הגורמים לעיל על שיווי המשקל הכימי מתמצתת להלן בדף רמאות, שבהתחלה אתה יכול להציץ בו בעת ביצוע משימות איזון. עם זאת, היא לא תוכל להשתמש בו בבחינה, לכן, לאחר ניתוח מספר דוגמאות בעזרתה, יש ללמד ולהכשיר אותה לפתור משימות לאיזון, ולא להציץ אליה עוד:
ייעודים: ט - טמפרטורה, ע - לחץ, עם – ריכוז, – עלייה, ↓ – ירידה
|
ט |
ט - שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אנדותרמית |
| ↓T - שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אקסותרמית | |
|
ע |
ע - שיווי המשקל עובר לכיוון התגובה עם סכום קטן יותר של מקדמים מול חומרים גזים |
| ↓עמ' - שיווי המשקל עובר לכיוון התגובה עם סכום גדול יותר של מקדמים מול חומרים גזים | |
|
ג |
ג (ריאגנט) - שיווי המשקל עובר לכיוון התגובה הישירה (ימינה) |
| ↓ג (ריאגנט) - שיווי המשקל עובר לכיוון התגובה ההפוכה (לשמאל) | |
| ג (תוצר) - שיווי המשקל עובר לכיוון התגובה ההפוכה (לשמאל) | |
| ↓ג (תוצר) - שיווי המשקל עובר לכיוון התגובה הישירה (ימינה) | |
| לא משפיע על איזון! |
מצב שיווי המשקל לתגובה הפיכה יכול להימשך זמן רב ללא הגבלת זמן (ללא התערבות חיצונית). אבל אם מופעלת השפעה חיצונית על מערכת כזו (כדי לשנות את הטמפרטורה, הלחץ או הריכוז של החומרים הסופיים או הראשוניים), אז מצב שיווי המשקל יופרע. קצב אחת התגובות יהפוך לגדול יותר מקצב השנייה. עם הזמן, המערכת שוב תקבל מצב של שיווי משקל, אך ריכוזי שיווי המשקל החדשים של החומרים ההתחלתיים והסופיים יהיו שונים מהראשוניים. במקרה זה, מדברים על שינוי בשיווי המשקל הכימי לכיוון זה או אחר.
אם כתוצאה מהשפעה חיצונית קצב התגובה קדימה הופך להיות גדול מקצב התגובה ההפוכה, אז זה אומר ששיווי המשקל הכימי עבר ימינה. אם, להיפך, קצב התגובה ההפוכה הופך גדול יותר, זה אומר ששיווי המשקל הכימי עבר שמאלה.
כאשר שיווי המשקל עובר ימינה, ריכוזי שיווי המשקל של החומרים ההתחלתיים יורדים וריכוזי שיווי המשקל של החומרים הסופיים עולים בהשוואה לריכוזי שיווי המשקל ההתחלתיים. בהתאם, גם התשואה של תוצרי תגובה עולה.
הסטת שיווי המשקל הכימי שמאלה גורמת לעלייה בריכוזי שיווי המשקל של החומרים ההתחלתיים ולירידה בריכוזי שיווי המשקל של התוצרים הסופיים, שתפוקתם תפחת במקרה זה.
כיוון שינוי שיווי המשקל הכימי נקבע באמצעות עקרון Le Chatelier: "אם מופעלת השפעה חיצונית על מערכת שנמצאת במצב של שיווי משקל כימי (שנה את הטמפרטורה, הלחץ, הריכוז של חומר אחד או יותר המשתתפים בתגובה ), אז זה יוביל לעלייה בקצב התגובה, שהמהלך שלה יפצה (תפחית) את ההשפעה.
למשל, עם עלייה בריכוז חומרי המוצא, קצב התגובה הישירה עולה ושיווי המשקל עובר ימינה. עם ירידה בריכוז החומרים ההתחלתיים, להיפך, קצב התגובה ההפוכה עולה, ושיווי המשקל הכימי עובר שמאלה.
עם עלייה בטמפרטורה (כלומר, כאשר המערכת מחוממת), שיווי המשקל עובר לקראת התרחשות של תגובה אנדותרמית, וכאשר הוא יורד (כלומר, כאשר המערכת מתקררת), הוא עובר לקראת התרחשות של תגובה אקסותרמית. (אם התגובה הקדמית היא אקסותרמית, הרי שהתגובה ההפוכה תהיה בהכרח אנדותרמית, ולהיפך).
יש להדגיש כי עלייה בטמפרטורה, ככלל, מגבירה את קצב התגובה הקדמית וההפוכה כאחד, אך קצב התגובה האנדותרמית עולה במידה רבה יותר מקצב התגובה האקזותרמית. בהתאם לכך, כאשר המערכת מתקררת, שיעורי התגובות קדימה ואחורה יורדים, אך גם לא באותה מידה: עבור תגובה אקסותרמית, הוא נמוך בהרבה מאשר עבור תגובה אנדותרמית.
שינוי בלחץ משפיע על השינוי בשיווי המשקל הכימי רק אם מתקיימים שני תנאים:
יש צורך שלפחות אחד מהחומרים המשתתפים בתגובה יהיה במצב גזי, למשל:
CaCO 3 (t) CaO (t) + CO 2 (g) - שינוי בלחץ משפיע על תזוזה של שיווי המשקל.
CH 3 COOH (l.) + C 2 H 5 OH (l.) CH 3 COOS 2 H 5 (l.) + H 2 O (l.) - שינוי בלחץ אינו משפיע על השינוי בשיווי המשקל הכימי, מכיוון אף אחד מחומרי ההתחלה או הסוף אינו במצב גזי;
אם מספר חומרים נמצאים במצב גז, יש צורך שמספר מולקולות הגז בצד שמאל של המשוואה עבור תגובה כזו לא יהיה שווה למספר מולקולות הגז בצד ימין של המשוואה, למשל:
2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) - שינוי לחץ משפיע על שינוי שיווי המשקל
I 2 (g) + Н 2 (g) 2НI (g) - שינוי הלחץ אינו משפיע על הסטת שיווי המשקל
כאשר שני התנאים הללו מתקיימים, עלייה בלחץ מביאה לשינוי בשיווי המשקל לקראת התגובה, שמהלך זה מפחית את מספר מולקולות הגז במערכת. בדוגמה שלנו (שריפה קטלטית של SO 2), זו תהיה תגובה ישירה.
ירידה בלחץ, להיפך, מסיטה את שיווי המשקל לכיוון התגובה המתמשכת עם היווצרות יותרמולקולות גז. בדוגמה שלנו, זו תהיה התגובה ההפוכה.
עלייה בלחץ גורמת לירידה בנפח המערכת, ומכאן לעלייה בריכוזים המולאריים של חומרים גזים. כתוצאה מכך, קצב התגובות קדימה ואחורה עולה, אך לא פנימה אותה תואר. הורדת אותו לחץ בצורה דומה מובילה לירידה בשיעורי התגובות קדימה ואחורה. אך במקביל, קצב התגובה, שאליו עובר שיווי המשקל, יורד במידה פחותה.
הזרז אינו משפיע על שינוי שיווי המשקל, מכיוון הוא מאיץ (או מאט) את התגובות קדימה והן לאחור באותה מידה. בנוכחותו, שיווי המשקל הכימי מתבסס רק מהר יותר (או לאט יותר).
אם המערכת מושפעת מכמה גורמים בו זמנית, אז כל אחד מהם פועל ללא תלות באחרים. למשל, בסינתזה של אמוניה
N 2 (גז) + 3H 2 (גז) 2NH 3 (גז)
התגובה מתבצעת בחימום ובנוכחות זרז להגברת קצבו, אך במקביל, השפעת הטמפרטורה מובילה לכך ששיווי המשקל של התגובה מוסט שמאלה, לעבר התגובה האנדותרמית ההפוכה. זה גורם לירידה בתפוקה של NH 3. על מנת לפצות על ההשפעה הלא רצויה הזו של הטמפרטורה ולהגדיל את תפוקת האמוניה, במקביל מוגבר הלחץ במערכת, מה שמסיט את שיווי המשקל התגובה ימינה, כלומר. לקראת היווצרות מספר קטן יותר של מולקולות גז.
יחד עם זאת, התנאים האופטימליים ביותר לתגובה (טמפרטורה, לחץ) נבחרים באופן אמפירי, לפיהם היא תתקדם בקצב גבוה מספיק ותיתן תשואה משתלמת מבחינה כלכלית של המוצר הסופי.
עקרון Le Chatelier משמש באופן דומה בתעשייה הכימית בייצור של מספר גדולחומרים שונים ש ערך רבעבור הכלכלה הלאומית.
העיקרון של Le Chatelier חל לא רק על הפיך תגובה כימית, אלא גם לתהליכי שיווי משקל שונים אחרים: פיזיקליים, פיזיקוכימיים, ביולוגיים.
גופו של מבוגר מאופיין בקביעות יחסית של פרמטרים רבים, כולל אינדיקטורים ביוכימיים שונים, לרבות ריכוז החומרים הפעילים ביולוגית. עם זאת, מצב כזה לא יכול להיקרא שיווי משקל, כי זה לא חל על מערכות פתוחות.
גוף האדם, כמו כל מערכת חיה, מחליף כל הזמן חומרים שונים עם הסביבה: הוא צורך מזון ומשחרר את תוצרי החמצון והריקבון שלהם. לכן, הגוף מאופיין מצב יציב, מוגדר כקביעות הפרמטרים שלו בקצב חילופי חומר ואנרגיה קבוע עם הסביבה. בקירוב הראשון, המצב הנייח יכול להיחשב כסדרה של מצבי שיווי משקל המחוברים ביניהם על ידי תהליכי הרפיה. במצב של שיווי משקל, ריכוזי החומרים המשתתפים בתגובה נשמרים על ידי מילוי התוצרים הראשוניים מבחוץ והוצאת התוצרים הסופיים כלפי חוץ. שינוי תכולתם בגוף אינו מוביל, בניגוד למערכות סגורות, לשיווי משקל תרמודינמי חדש. המערכת חוזרת למצבה המקורי. לפיכך, הקביעות הדינמית היחסית של ההרכב והמאפיינים של הסביבה הפנימית של הגוף נשמרת, מה שקובע את היציבות של הגוף פונקציות פיזיולוגיות. תכונה זו של מערכת חיה נקראת אחרת הומאוסטזיס.
במהלך חייו של אורגניזם במצב נייח, בניגוד למערכת שיווי משקל סגורה, יש עלייה באנטרופיה. עם זאת, במקביל מתרחש התהליך ההפוך - ירידה באנטרופיה עקב צריכת חומרים מזינים בעלי ערך אנטרופיה נמוך מהסביבה (למשל תרכובות עתירות מולקולריות - חלבונים, פוליסכרידים, פחמימות וכו') וה- שחרור של מוצרי ריקבון לסביבה. על פי עמדתו של I.R. Prigozhin, הייצור הכולל של אנטרופיה עבור אורגניזם במצב נייח נוטה למינימום.
תרומה גדולה לפיתוח של תרמודינמיקה ללא שיווי משקל נעשתה על ידי I. R. Prigozhy, זוכה פרס פרס נובל 1977, שקבע כי "בכל מערכת לא שיווי משקל, ישנם אזורים מקומיים שנמצאים במצב שיווי משקל. בתרמודינמיקה הקלאסית, שיווי משקל מתייחס לכל המערכת, ובאי שיווי משקל - רק לחלקים בודדים שלה.
נקבע כי האנטרופיה במערכות כאלה עולה במהלך תקופת העובר, במהלך תהליכי התחדשות וצמיחת ניאופלזמות ממאירות.
שיווי משקל כימי ועקרונות העקירה שלו (עקרון Le Chatelier)
בתגובות הפיכות, בתנאים מסוימים, יכול להתרחש מצב של שיווי משקל כימי. זהו המצב שבו קצב התגובה ההפוכה הופך שווה לקצב התגובה קדימה. אבל כדי להסיט את שיווי המשקל לכיוון זה או אחר, יש צורך לשנות את התנאים לתגובה. העיקרון של שינוי שיווי המשקל הוא העיקרון של Le Chatelier.
הוראות בסיסיות:
1. השפעה חיצוניתעל מערכת שנמצאת במצב של שיווי משקל, מובילה להסטה של שיווי המשקל הזה לכיוון שבו השפעת ההשפעה שנוצרה נחלשת.
2. עם עלייה בריכוז של אחד החומרים המגיבים, שיווי המשקל עובר לכיוון צריכת החומר הזה, עם ירידה בריכוז, שיווי המשקל עובר לקראת היווצרות החומר הזה.
3. עם עלייה בלחץ, שיווי המשקל עובר לכיוון ירידה בכמות החומרים הגזים, כלומר לכיוון ירידה בלחץ; כאשר הלחץ יורד, שיווי המשקל עובר לכיוון של כמויות גדלות של חומרים גזים, כלומר לכיוון של הגברת הלחץ. אם התגובה ממשיכה מבלי לשנות את מספר המולקולות של חומרים גזים, אז הלחץ אינו משפיע על מיקום שיווי המשקל במערכת זו.
4. עם עלייה בטמפרטורה, שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אנדותרמית, עם ירידה בטמפרטורה - לכיוון תגובה אקסותרמית.
על העקרונות, אנו מודים למדריך "התחלות הכימיה" Kuzmenko N.E., Eremin V.V., Popkov V.A.
השתמש בהקצאות לשיווי משקל כימי (לשעבר A21)
משימה מספר 1.
H2S(g) ↔ H2(g) + S(g) - Q
1. הפעלת לחץ
2. עליית טמפרטורה
3. הפחתת לחץ
הֶסבֵּר:ראשית, קחו בחשבון את התגובה: כל החומרים הם גזים ובצד ימין יש שתי מולקולות של מוצרים, ובצד שמאל יש רק אחת, התגובה היא גם אנדותרמית (-Q). לכן, שקול את השינוי בלחץ ובטמפרטורה. אנו זקוקים לשיווי המשקל לעבור לכיוון תוצרי התגובה. אם נגביר את הלחץ אז שיווי המשקל יעבור לכיוון ירידה בנפח, כלומר לכיוון הריאגנטים - זה לא מתאים לנו. אם נעלה את הטמפרטורה, אז שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה האנדותרמית, במקרה שלנו לכיוון התוצרים, וזה מה שנדרש. התשובה הנכונה היא 2.
משימה מספר 2.
שיווי משקל כימי במערכת
SO3(g) + NO(g) ↔ SO2(g) + NO2(g) - Q
יעבור לכיוון היווצרות ריאגנטים ב:
1. הגדלת ריכוז NO
2. הגדלת ריכוז SO2
3. עליית טמפרטורה
4. הגברת הלחץ
הֶסבֵּר:כל החומרים הם גזים, אבל הנפחים בצד ימין ושמאל של המשוואה זהים, כך שהלחץ לא ישפיע על שיווי המשקל במערכת. קחו בחשבון שינוי בטמפרטורה: ככל שהטמפרטורה עולה, שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אנדותרמית, רק לכיוון המגיבים. התשובה הנכונה היא 3.
משימה מספר 3.
במערכת
2NO2(g) ↔ N2O4(g) + Q
שינוי שיווי המשקל שמאלה יתרום
1. עליית לחץ
2. הגדלת ריכוז N2O4
3. הורדת הטמפרטורה
4. הקדמה של זרז
הֶסבֵּר:הבה נשים לב לעובדה שנפחי החומרים הגזים בחלק הימני והשמאלי של המשוואה אינם שווים, לכן, שינוי בלחץ ישפיע על שיווי המשקל במערכת זו. כלומר, עם עלייה בלחץ, שיווי המשקל עובר לכיוון ירידה בכמות החומרים הגזים, כלומר ימינה. זה לא מתאים לנו. התגובה היא אקסותרמית, לכן, שינוי בטמפרטורה ישפיע גם על שיווי המשקל של המערכת. ככל שהטמפרטורה יורדת, שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה האקזותרמית, כלומר גם ימינה. עם עלייה בריכוז N2O4, שיווי המשקל עובר לכיוון צריכת החומר הזה, כלומר שמאלה. התשובה הנכונה היא 2.
משימה מספר 4.
בתגובה
2Fe(t) + 3H2O(g) ↔ 2Fe2O3(t) + 3H2(g) - Q
שיווי המשקל יעבור לכיוון תוצרי התגובה
1. הפעלת לחץ
2. הוספת זרז
3. הוספת ברזל
4. הוספת מים
הֶסבֵּר:מספר המולקולות בצד ימין ושמאל זהה, ולכן שינוי בלחץ לא ישפיע על שיווי המשקל במערכת זו. קחו בחשבון עלייה בריכוז הברזל - שיווי המשקל צריך לעבור לכיוון צריכת החומר הזה, כלומר ימינה (לכיוון תוצרי התגובה). התשובה הנכונה היא 3.
משימה מספר 5.
שיווי משקל כימי
H2O(g) + C(t) ↔ H2(g) + CO(g) - Q
יעבור לכיוון היווצרות מוצרים במקרה של
1. הגברת לחץ
2. עליית טמפרטורה
3. הגדלת זמן התהליך
4. יישומי Catalyst
הֶסבֵּר:שינוי בלחץ לא ישפיע על שיווי המשקל במערכת נתונה, שכן לא כל החומרים הם גזים. ככל שהטמפרטורה עולה, שיווי המשקל עובר לכיוון התגובה האנדותרמית, כלומר ימינה (לכיוון היווצרות מוצרים). התשובה הנכונה היא 2.
משימה מספר 6.
ככל שהלחץ עולה, שיווי המשקל הכימי יעבור לכיוון המוצרים במערכת:
1. CH4(g) + 3S(t) ↔ CS2(g) + 2H2S(g) - Q
2. C(t) + CO2(g) ↔ 2CO(g) - Q
3. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q
4. Ca(HCO3)2(t) ↔ CaCO3(t) + CO2(g) + H2O(g) - Q
הֶסבֵּר:השינוי בלחץ אינו משפיע על תגובות 1 ו-4, לכן לא כל החומרים המעורבים הם גזים, במשוואה 2 מספר המולקולות בצד ימין ושמאל זהה, כך שהלחץ לא יושפע. נשארה משוואה 3. נבדוק: עם עלייה בלחץ, שיווי המשקל אמור לעבור לכיוון ירידה בכמות החומרים הגזים (4 מולקולות מימין, 2 מולקולות משמאל), כלומר לכיוון תוצרי התגובה. התשובה הנכונה היא 3.
משימה מספר 7.
לא משפיע על שינוי שיווי משקל
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) - Q
1. הפעלת לחץ והוספת זרז
2. הגדלת הטמפרטורה והוספת מימן
3. הורדת הטמפרטורה והוספת יוד מימן
4. תוספת יוד ותוספת מימן
הֶסבֵּר:בחלק הימני והשמאלי, כמויות החומרים הגזים זהות, לכן שינוי בלחץ לא ישפיע על שיווי המשקל במערכת, וגם הוספת זרז לא תשפיע, כי ברגע שנוסיף זרז , התגובה הישירה תואץ, ומיד לאחר מכן ישוחזרו ההפך והשיווי משקל במערכת . התשובה הנכונה היא 1.
משימה מספר 8.
להזיז את שיווי המשקל ימינה בתגובה
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g); ∆H°<0
נדרש
1. הקדמת זרז
2. הורדת הטמפרטורה
3. הפחתת לחץ
4. ירידה בריכוז החמצן
הֶסבֵּר:ירידה בריכוז החמצן תוביל לשינוי בשיווי המשקל לכיוון המגיבים (לשמאל). ירידה בלחץ תעביר את שיווי המשקל לכיוון של ירידה בכמות החומרים הגזים, כלומר ימינה. התשובה הנכונה היא 3.
משימה מספר 9.
תפוקת המוצר בתגובה אקסותרמית
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
עם עליה בו זמנית בטמפרטורה וירידה בלחץ
1. להגדיל
2. ירידה
3. לא ישתנה
4. קודם להגדיל, אחר כך להקטין
הֶסבֵּר:כאשר הטמפרטורה עולה, שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אנדותרמית, כלומר לכיוון התוצרים, וכאשר הלחץ יורד, שיווי המשקל עובר לכיוון עלייה בכמות החומרים הגזים, כלומר גם שמאלה. לכן, התשואה של המוצר תקטן. התשובה הנכונה היא 2.
משימה מספר 10.
הגדלת התשואה של מתנול בתגובה
CO + 2H2 ↔ CH3OH + Q
מקדם
1. עליית טמפרטורה
2. הקדמה של זרז
3. הכנסת מעכב
4. עליית לחץ
הֶסבֵּר:כאשר הלחץ עולה, שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אנדותרמית, כלומר לכיוון המגיבים. עלייה בלחץ מסיטה את שיווי המשקל לכיוון ירידה בכמות החומרים הגזים, כלומר לכיוון היווצרות מתנול. התשובה הנכונה היא 4.
משימות להחלטה עצמאית (תשובות בהמשך)
1. במערכת
CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + ש
שינוי בשיווי המשקל הכימי לכיוון תוצרי התגובה יתרום
1. הפחת לחץ
2. הגדלת הטמפרטורה
3. הגדלת ריכוז הפחמן החד חמצני
4. הגדלת ריכוז המימן
2. באיזו מערכת, בלחץ עולה, שיווי המשקל עובר לכיוון תוצרי התגובה
1. 2CO2(g) ↔ 2CO(g) + O2(g)
2. С2Н4 (g) ↔ С2Н2 (g) + Н2 (g)
3. PCl3(g) + Cl2(g) ↔ PCl5(g)
4. H2(g) + Cl2(g) ↔ 2HCl(g)
3. שיווי משקל כימי במערכת
2HBr(g) ↔ H2(g) + Br2(g) - Q
יעבור לכיוון תוצרי התגובה ב
1. הפעלת לחץ
2. עליית טמפרטורה
3. הפחתת לחץ
4. שימוש בזרז
4. שיווי משקל כימי במערכת
C2H5OH + CH3COOH ↔ CH3COOC2H5 + H2O + ש
זז לכיוון תוצרי התגובה ב
1. הוספת מים
2. הפחתת ריכוז חומצה אצטית
3. הגדלת ריכוז האתר
4. בעת הסרת האסטר
5. שיווי משקל כימי במערכת
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
עובר לכיוון היווצרות תוצר התגובה ב
1. הפעלת לחץ
2. עליית טמפרטורה
3. הפחתת לחץ
4. יישום קטליסט
6. שיווי משקל כימי במערכת
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
יעבור לכיוון תוצרי התגובה ב
1. הפעלת לחץ
2. הורדת הטמפרטורה
3. הגדלת ריכוז CO
4. עליית טמפרטורה
7. שינוי לחץ לא ישפיע על מצב שיווי המשקל הכימי במערכת
1. 2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
2. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
3. 2CO(g) + O2(g) ↔ 2CO2(g)
4. N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g)
8. באיזו מערכת, בלחץ גובר, יעבור שיווי המשקל הכימי לכיוון חומרי המוצא?
1. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q
2. N2O4(g) ↔ 2NO2(g) - Q
3. CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g) - Q
4. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q
9. שיווי משקל כימי במערכת
C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) - Q
יעבור לכיוון תוצרי התגובה ב
1. עליית טמפרטורה
2. הורדת הטמפרטורה
3. שימוש בזרז
4. הפחתת ריכוז הבוטאן
10. על מצב שיווי המשקל הכימי במערכת
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) -Q
לא משפיע
1. עליית לחץ
2. הגברת ריכוז היוד
3. הגדלת הטמפרטורה
4. ירידה בטמפרטורה
משימות לשנת 2016
1. קבע התאמה בין משוואת תגובה כימית לשינוי בשיווי המשקל הכימי עם הגדלת הלחץ במערכת.
משוואת תגובה שינוי שיווי משקל כימי
א) N2 (g) + O2 (g) ↔ 2NO (g) - Q 1. עובר לכיוון התגובה הישירה
ב) N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) - Q 2. עובר לכיוון התגובה ההפוכה
C) CaCO3 (tv) ↔ CaO (tv) + CO2 (g) - Q 3. אין שינוי שיווי משקל
ד) Fe3O4(s) + 4CO(g) ↔ 3Fe(s) + 4CO2(g) + Q
2. קבע התאמה בין השפעות חיצוניות על המערכת:
CO2 (g) + C (tv) ↔ 2CO (g) - Q
ושינוי שיווי משקל כימי.
א. הגדלת ריכוז CO 1. מעבר לכיוון התגובה הישירה
ב. ירידה בלחץ 3. אין שינוי בשיווי המשקל
3. ליצור התאמה בין השפעות חיצוניות על המערכת
HCOOH(l) + C5H5OH(l) ↔ HCOOC2H5(l) + H2O(l) + Q
השפעה חיצונית עקירה של שיווי משקל כימי
א. הוספת HCOOH 1. תזוזה לכיוון תגובה קדימה
ב. דילול במים 3. לא מתרחש שינוי בשיווי המשקל
ד.עלייה בטמפרטורה
4. ליצור התאמה בין השפעות חיצוניות על המערכת
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + Q
ושינוי בשיווי המשקל הכימי.
השפעה חיצונית עקירה של שיווי משקל כימי
א. ירידה בלחץ 1. מעבר לתגובה ישירה
ב. הגדלת טמפרטורה 2. מעבר לכיוון התגובה ההפוכה
ב. עלייה בטמפרטורת NO2 3. לא מתרחש שינוי שיווי משקל
D. תוספת O2
5. ליצור התאמה בין השפעות חיצוניות על המערכת
4NH3(g) + 3O2(g) ↔ 2N2(g) + 6H2O(g) + Q
ושינוי בשיווי המשקל הכימי.
השפעה חיצונית עקירה של שיווי משקל כימי
א. ירידה בטמפרטורה 1. מעבר לכיוון תגובה ישירה
ב. עלייה בלחץ 2. מעבר לכיוון התגובה ההפוכה
ב. הגדלת הריכוז באמוניה 3. אין שינוי בשיווי המשקל
ד סילוק אדי מים
6. ליצור התאמה בין השפעות חיצוניות על המערכת
WO3(s) + 3H2(g) ↔ W(s) + 3H2O(g) + Q
ושינוי בשיווי המשקל הכימי.
השפעה חיצונית עקירה של שיווי משקל כימי
א. עליית טמפרטורה 1. מעבר לתגובה ישירה
ב. עלייה בלחץ 2. מעבר לכיוון התגובה ההפוכה
ב. שימוש בזרז 3. לא מתרחש שינוי שיווי משקל
ד סילוק אדי מים
7. ליצור התאמה בין השפעות חיצוניות על המערכת
С4Н8(g) + Н2(g) ↔ С4Н10(g) + Q
ושינוי בשיווי המשקל הכימי.
השפעה חיצונית עקירה של שיווי משקל כימי
א. הגדלת ריכוז המימן 1. מעבר לתגובה ישירה
ב. הגדלת טמפרטורה 2. תזוזה לכיוון התגובה ההפוכה
ב. עלייה בלחץ 3. אין שינוי בשיווי המשקל
ד. שימוש בזרז
8. קבע התאמה בין משוואת תגובה כימית לשינוי סימולטני בפרמטרים של המערכת, המוביל לשינוי בשיווי המשקל הכימי לעבר תגובה ישירה.
משוואת תגובה שינוי פרמטרי מערכת
A. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g) + Q 1. הגדלת טמפרטורה וריכוז מימן
B. H2(g) + I2(tv) ↔ 2HI(g) -Q 2. ירידה בטמפרטורה ובריכוז המימן
ב. CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) + Q 3. עלייה בטמפרטורה וירידה בריכוז המימן
D. C4H10(g) ↔ C4H6(g) + 2H2(g) -Q 4. ירידה בטמפרטורה ועלייה בריכוז המימן
9. קבע התאמה בין משוואת תגובה כימית לשינוי בשיווי המשקל הכימי עם הגדלת הלחץ במערכת.
משוואת תגובה כיוון תזוזה של שיווי משקל כימי
א. 2HI(g) ↔ H2(g) + I2(tv) 1. מעבר לכיוון התגובה הישירה
B. C(g) + 2S(g) ↔ CS2(g) 2. מעבר לכיוון התגובה ההפוכה
ב. C3H6(g) + H2(g) ↔ C3H8(g) 3. אין שינוי שיווי משקל
H. H2(g) + F2(g) ↔ 2HF(g)
10. קבע התאמה בין משוואת תגובה כימית לשינוי בו זמנית בתנאים לביצועה, המוביל לשינוי בשיווי המשקל הכימי לעבר תגובה ישירה.
משוואת תגובה תנאים משתנים
A. N2(g) + H2(g) ↔ 2NH3(g) + Q 1. הגדלת הטמפרטורה והלחץ
B. N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) -Q 2. ירידה בטמפרטורה ובלחץ
ב. CO2 (g) + C (מוצק) ↔ 2CO (g) + Q 3. עליית טמפרטורה וירידת לחץ
D. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) + Q 4. ירידה בטמפרטורה ועליית לחץ
תשובות: 1 - 3, 2 - 3, 3 - 2, 4 - 4, 5 - 1, 6 - 4, 7 - 4, 8 - 2, 9 - 1, 10 - 1
1. 3223
2. 2111
3. 1322
4. 2221
5. 1211
6. 2312
7. 1211
8. 4133
9. 1113
10. 4322
על המשימות אנו מודים לאוספי התרגילים עבור מחברי 2016, 2015, 2014, 2013:
Kavernina A.A., Dobrotina D.Yu., Snastina M.G., Savinkina E.V., Zhiveinova O.G.
אם התנאים החיצוניים של התהליך הכימי אינם משתנים, אזי ניתן לשמור על מצב שיווי המשקל הכימי למשך זמן רב באופן שרירותי. על ידי שינוי תנאי התגובה (טמפרטורה, לחץ, ריכוז), ניתן להשיג תזוזה או תזוזה של שיווי משקל כימי בכיוון הנדרש.
הסטת שיווי המשקל ימינה מביאה לעלייה בריכוז החומרים שהנוסחאות שלהם נמצאות בצד ימין של המשוואה. הסטת שיווי המשקל שמאלה תוביל לעלייה בריכוז החומרים שהנוסחאות שלהם בצד שמאל. במקרה זה, המערכת תעבור למצב חדש של שיווי משקל, המאופיין ב ערכים אחרים של ריכוזי שיווי המשקל של המשתתפים בתגובה.
השינוי בשיווי המשקל הכימי שנגרם על ידי תנאים משתנים מציית לכלל שנוסח ב-1884 על ידי הפיזיקאי הצרפתי א' לה שאטליה (עקרון לה שאטלי).
העיקרון של לה שאטלייר:אם מערכת במצב של שיווי משקל כימי מושפעת בדרך כלשהי, למשל, על ידי שינוי הטמפרטורה, הלחץ או הריכוזים של ריאגנטים, אז שיווי המשקל ישתנה לכיוון התגובה שמחלישה את ההשפעה .
השפעת שינוי הריכוז על שינוי שיווי המשקל הכימי.
לפי העיקרון של Le Chatelier עלייה בריכוז של כל אחד מהמשתתפים בתגובה גורמת לשינוי בשיווי המשקל לכיוון התגובה שמוביל לירידה בריכוז החומר הזה.
השפעת הריכוז על מצב שיווי המשקל מצייתת לכללים הבאים:
עם עלייה בריכוז של אחד מחומרי המוצא, קצב התגובה הישירה עולה ושיווי המשקל עובר לכיוון היווצרות תוצרי תגובה ולהיפך;
עם עלייה בריכוז אחד מתוצרי התגובה עולה קצב התגובה ההפוכה, מה שמוביל לשינוי בשיווי המשקל לכיוון היווצרות חומרי המוצא ולהיפך.
לדוגמה, אם במערכת שיווי משקל:
SO 2 (g) + NO 2 (g) SO 3 (g) + NO (g)
להגדיל את הריכוז של SO 2 או NO 2, ואז, בהתאם לחוק הפעולה המונית, קצב התגובה הישירה יגדל. זה יעביר את שיווי המשקל ימינה, מה שיגרום לצריכת חומרי המוצא ולעלייה בריכוז תוצרי התגובה. ייקבע מצב שיווי משקל חדש עם ריכוזי שיווי משקל חדשים של החומרים ותוצרי התגובה הראשוניים. כאשר הריכוז של, למשל, אחד מתוצרי התגובה יורד, המערכת תגיב בצורה כזו שתגביר את ריכוז התוצר. היתרון יינתן לתגובה הישירה, שתוביל לעלייה בריכוז תוצרי התגובה.
השפעת שינוי הלחץ על שינוי שיווי המשקל הכימי.
לפי העיקרון של Le Chatelier עלייה בלחץ מובילה לשינוי בשיווי המשקל לקראת היווצרות כמות קטנה יותר של חלקיקים גזים, כלומר. לקראת נפח קטן יותר.
לדוגמה, בתגובה הפיכה:
2NO 2 (g) 2NO (g) + O 2 (g)
מ-2 מול NO 2 נוצרים 2 מול NO ו-1 מול O 2. המקדמים הסטוכיומטריים מול הנוסחאות של חומרים גזים מצביעים על כך שזרימה של תגובה ישירה מובילה לעלייה במספר המולות של גזים, וזרימת תגובה הפוכה, להיפך, מפחיתה את מספר המולות של א. חומר גזי. אם מופעלת השפעה חיצונית על מערכת כזו, למשל, על ידי הגברת הלחץ, אזי המערכת תגיב בצורה כזו שתחליש את ההשפעה הזו. הלחץ יכול לרדת אם שיווי המשקל של תגובה זו עובר למספר קטן יותר של מולים של חומר גזי, ומכאן לנפח קטן יותר.
להיפך, עלייה בלחץ במערכת זו קשורה לשינוי בשיווי המשקל ימינה - לקראת פירוק NO 2, מה שמגדיל את כמות החומר הגזי.
אם מספר המולות של חומרים גזים נשאר קבוע לפני ואחרי התגובה, כלומר. נפח המערכת אינו משתנה במהלך התגובה, ואז שינוי בלחץ משנה באותה מידה את קצבי התגובות קדימה ואחורה ואינו משפיע על מצב שיווי המשקל הכימי.
לדוגמה, בתגובה:
H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl (g),
המספר הכולל של מולות של חומרים גזים לפני ואחרי התגובה נשאר קבוע והלחץ במערכת אינו משתנה. שיווי המשקל במערכת זו אינו משתנה עם הלחץ.
השפעת שינוי הטמפרטורה על שינוי שיווי המשקל הכימי.
בכל תגובה הפיכה, אחד הכיוונים מתאים לתהליך אקסותרמי, והשני לתהליך אנדותרמי. אז בתגובת סינתזת אמוניה, התגובה הקדמית היא אקסותרמית, והתגובה ההפוכה היא אנדותרמית.
N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) + Q (-ΔH).
כאשר הטמפרטורה משתנה, הקצבים של התגובה קדימה וגם לאחור משתנים, אולם השינוי בקצבים אינו מתרחש באותה מידה. בהתאם למשוואת Arrhenius, תגובה אנדותרמית, המאופיינת בערך גדול של אנרגיית הפעלה, מגיבה לשינוי בטמפרטורה במידה רבה יותר.
לכן, על מנת להעריך את השפעת הטמפרטורה על כיוון השינוי בשיווי המשקל הכימי, יש צורך לדעת את ההשפעה התרמית של התהליך. ניתן לקבוע אותו בניסוי, למשל באמצעות קלורימטר, או לחשב אותו על פי חוק ג' הס. צריך לציין ש שינוי בטמפרטורה מוביל לשינוי בערך הקבוע של שיווי משקל כימי (K p).
לפי העיקרון של Le Chatelier עלייה בטמפרטורה מסיטה את שיווי המשקל לכיוון תגובה אנדותרמית. ככל שהטמפרטורה יורדת, שיווי המשקל משתנה לכיוון התגובה האקסותרמית.
לכן, עליית טמפרטורהבתגובת סינתזת האמוניה תוביל לשינוי בשיווי המשקל לכיוון האנדותרמיתגובות, כלומר. לשמאל. היתרון מתקבל על ידי התגובה ההפוכה המתמשכת עם ספיגת החום.